[發(fā)明專利]一種航天器用功能性復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110204164.2
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102304258A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭曉泉;烏江
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C08L27/18
• 分類號: C08L27/18;C08K3/22;C08K9/06;B29C43/58;B29C35/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 弋才富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天器用功能性復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

聚合物介質(zhì)是航天器部件大量使用的非金屬材料，主要起到絕緣與支架等功能。聚四氟乙烯PTFE是一種典型航天器用聚合物介質(zhì)，主要應(yīng)用于電纜絕緣介質(zhì)。

航天器在空間環(huán)境運(yùn)行受到各種高能粒子輻射會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)電荷沉積形成內(nèi)電場，而典型聚合物介質(zhì)具有極高的電阻率，因此沉積電荷無法釋放而積累導(dǎo)致內(nèi)電場不斷上升，最終造成聚合物介質(zhì)放電現(xiàn)象甚至擊穿燒毀。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種航天器用功能性復(fù)合材料及其制備方法，采用本發(fā)明方法制備的復(fù)合材料用于空間極端環(huán)境下能快速有效的降低深層帶電水平，釋放環(huán)境因素所帶來的帶電危害。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種航天器用功能性復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括基體樹脂和添加劑，所述基體樹脂為聚四氟乙烯PTFE，所述添加劑為氧化鋅ZnO，該復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為：聚四氟乙烯PTFE為90～99％、氧化鋅ZnO為1％～10％。

所述基體樹脂為微米級聚四氟乙烯PTFE，所述添加劑為微納米級氧化鋅ZnO。

所述復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為：聚四氟乙烯PTFE為93～97％、氧化鋅ZnO為3％～7％。

所述復(fù)合材料中各組分的質(zhì)量百分比為：聚四氟乙烯PTFE為95％、氧化鋅ZnO為5％。

一種制備所述航天器用功能性復(fù)合材料的方法，包括如下步驟：

步驟1：氧化鋅ZnO分散及表面處理，稱取粉末直徑小于100μm的預(yù)設(shè)質(zhì)量的氧化鋅ZnO粉末，加入體積為氧化鋅ZnO粉末體積5～10倍的酒精中，然后將氧化鋅ZnO粉末和酒精的混合物置于超聲振動(dòng)儀中分散30～60min，超聲振動(dòng)過程中向混合物溶液中加入占氧化鋅ZnO質(zhì)量百分比1～5％的偶聯(lián)劑，隨后將加入偶聯(lián)劑的分散溶液置于烘箱中將酒精烘干后得到分散及表面處理后的氧化鋅ZnO原料；

聚四氟乙烯PTFE懸浮料預(yù)處理，稱取粉末直徑小于40μm的預(yù)設(shè)質(zhì)量的聚四氟乙烯PTFE懸浮料，然后將其置于烘箱中烘干12～24h，烘干溫度為70～90℃，得到預(yù)處理后PTFE原料；

步驟2：混合兩種原料并進(jìn)行反復(fù)打散研磨處理和冷處理，稱取步驟1得到的預(yù)處理后聚四氟乙烯PTFE原料和分散及表面處理后的氧化鋅ZnO原料進(jìn)行混合得到混合料，使氧化鋅ZnO含量占混合料總質(zhì)量百分比的1％～10％，然后將混合料用研磨機(jī)進(jìn)行打散研磨處理，隨后將打散研磨處理后的混合料置于低溫-60～-50℃下冷處理24～48h后取出，隨后繼續(xù)進(jìn)行所述打散研磨處理和冷處理，反復(fù)3～5次；

步驟3：冷壓成型，將步驟2經(jīng)過反復(fù)打散研磨處理和冷處理后的混合料置于磨具中進(jìn)行冷壓成型，成型壓力為15～30MPa，持續(xù)時(shí)間為20s，反復(fù)冷壓3～5次，得到冷壓成型后試樣；

步驟4：高溫成型，將步驟3冷壓成型后的試樣置于電阻爐中進(jìn)行高溫成型，成型溫度為360～380℃，成型時(shí)間為1～4h，得到高溫成型后試樣；

步驟5：低溫定型，步驟4得到的高溫成型后試樣在平板硫化機(jī)上進(jìn)行低溫定型處理，預(yù)熱溫度為100～200℃，預(yù)熱時(shí)間為10～30min，定型壓力為10～15MPa，定型時(shí)間為30～60s。

步驟1所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑KH550。

步驟1所述加入偶聯(lián)劑的分散溶液置于烘箱中的烘干溫度為80～100℃，烘干時(shí)間為24～36h。

本發(fā)明通過將具有較高體積電導(dǎo)率的半導(dǎo)電粉末氧化鋅ZnO與典型航天器用聚合物介質(zhì)聚四氟乙烯PTFE進(jìn)行共混成型，因此當(dāng)氧化鋅ZnO粉末加入基體樹脂中，兩種材料體積電導(dǎo)率差異性與兩相界面作用使復(fù)合材料形成隨添加劑含量變化的體積電導(dǎo)特性，這種具有合理電導(dǎo)特性的功能性復(fù)合材料既能保持在正常運(yùn)行時(shí)較高的絕緣性能，又能在深層帶電水平嚴(yán)重時(shí)以暫態(tài)高電導(dǎo)的方式釋放電荷，并在深層帶電水平達(dá)到安全限值以內(nèi)時(shí)恢復(fù)高絕緣性能。由于制成的聚合物復(fù)合材料的電導(dǎo)特性有利于沉積電荷在短時(shí)間內(nèi)平緩的釋放，靜電場強(qiáng)度得到有效的抑制。應(yīng)用本復(fù)合材料的航天器部件如電纜，可以有效的緩解介質(zhì)內(nèi)帶電水平，消除放電危害，從而保證航天器安全可靠運(yùn)行。